Diseño de topologías rectificadoras e inversoras clase E basadas en tecnologías GaN HEMT y E-pHEMT para aplicaciones de transmisión inalámbrica y reciclado de energía. Design of rectifying and inverter class E topologies on GaN and E-pHEMT devices for wireless powering and energy harvesting applications

Abstract

En el campo de RF/Microondas, se vienen desarrollando sistemas de transmisión inalámbrica eficientes, que permitan reducir el elevado consumo eléctrico de las estaciones base de telefonía móvil, aumentar la duración de las baterías en los terminales, así como alimentar dispositivos de forma inalámbrica. En este sentido, en esta tesis se han propuesto distintas topologías inversoras y rectificadoras de alta eficiencia, operando en clase E, para su uso en la transmisión eficiente de señales de comunicaciones y alimentación inalámbrica. Por un lado, se han diseñado amplificadores de potencia de alta eficiencia con tecnología GaN HEMT, empleados posteriormente en la implementación de distintos transmisores outphasing. Asimismo, se han diseñado convertidores DC/DC Clase E2, compuestos por un inversor y un rectificador síncrono a GaN HEMT, para su uso como moduladores de envolvente en arquitecturas ET/EER. Por otro lado, se han diseñado rectificadores síncronos con dispositivos E-pHEMT, con eficiencias en el estado de la técnica, enfocados hacia aplicaciones de transferencia de potencia en campo lejano y de reciclado de energía.

In the RF/Microwave field, efficient wireless transmission systems are being developed in order to reduce base stations electric consumption, extend battery lifetime in handsets, as well as to remotely power up wireless devices by means of wireless powering transmission (WPT) or even energy harvesting solutions. In this sense, high efficient inverter and rectifier topologies, operating in class E, have been proposed in this thesis to be used on wireless communications and WPT. On the one hand, high-efficiency power amplifiers based on GaN HEMT technology, have been designed, which were used as a part of outphasing transmitters afterwards. In addition, using GaN HEMT amplifiers and synchronous rectifiers, Class E2 DC/DC converters have been designed, to be used as envelope modulators in ET/EER architectures. On the other hand, synchronous rectifiers with E-pHEMT technology, focused on far-field power transfer and energy harvesting applications, have been designed. State-of-the-art efficiencies have been measured in some implementations.